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¿Qué es un ordenador cuántico y en qué se diferencia de uno tradicional?

Publicado viernes, 17 septiembre 2021
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Para quien no esté familiarizado con la parte más técnica de la informática o de la física teórica, un ordenador cuántico puede sonar a una supermáquina capaz de hacer cosas grandilocuentes que un ordenador tradicional no sabría hacer. Y sí, en esencia esto es cierto. Pero más allá de esta conclusión rápida, la forma de ‘pensar’ de este tipo de procesadores al final es más compleja y lo que se espera de ellos es que revolucionen la investigación científica y de distintas aplicaciones comerciales futuras por el tipo y la cantidad de información que pueden analizar.

Para entender su funcionamiento, primero vamos a compararlo con el procesamiento de los ordenadores clásicos. El portátil o móvil que utilizas a diario codifica toda la información que llega a tu pantalla de una forma binaria. Es decir, con una sucesión de ceros y unos. Estas dos unidades mínimas (0 y 1) se llaman bits y todo lo que puedes imaginar que se traduce al mundo digital se puede resumir en una secuencia más o menos larga de estos dos dígitos: mensajes de WhatsApp, correos electrónicos, vídeos o el último videojuego que acaba de salir al mercado.

Juan José García Ripoll, científico especializado en Física Cuántica e investigador en el Instituto de Física Fundamental del CSIC, explica a Maldita.es que esta asignación de dos valores que usa la computación clásica es útil ya que la información puede ser almacenada y transmitida “como señales eléctricas, y estas señales se pueden combinar, usando transistores, para hacer operaciones matemáticas complejas”.

En los ordenadores cuánticos el proceso es diferente, y uno de los conceptos clave para entender su funcionamiento es la superposición. Como explica en este vídeo Talia Gershon, académica especializada en investigación cuántica, una de las virtudes de estos nuevos ordenadores es su capacidad para asignar uno o varios valores a la información más básica

Es decir, para un ordenador cuántico no es necesario que los datos se codifiquen sólo como 0 o 1, sino que puede tener en cuenta ambos valores de forma simultánea. La investigadora usa el símil de la moneda: si el 1 es cara y el 0 es cruz, estos ordenadores tienen la capacidad de poner a girar la moneda para que el valor del bit sea los dos al mismo tiempo. Esta unidad mínima del procesamiento cuántico capaz de contemplar los dos valores a la vez se denomina cúbit o qubit

Explicación gráfica de las diferencias entre bit y cúbit. Fuente: "Adiós Ley Moore, fuiste buena... Que venga la computación cuántica". Medium.

La posibilidad de tener un control simultáneo sobre las dos variables resulta muy interesante porque permite solapar cálculos y abrir “un número exponencialmente grande de posibilidades” a la hora de procesar información, según apunta García Ripoll. “Pero lo más interesante es que podemos diseñar ‘algoritmos’ en los que el ordenador cuántico acumula los resultados de todos esos cálculos y concentra la probabilidad sobre el mejor de los resultados, o aquel que resuelve un problema determinado”, añade.

Condiciones de conservación más delicadas que un ordenador tradicional

Echando un vistazo a la configuración de los ordenadores cuánticos destaca su apariencia aislada y blindada. Esto se debe a que para realizar sus cálculos, estos procesadores necesitan condiciones muy estables de humedad, temperatura o ausencia de vibraciones. También se ha estado avanzando en materia de refrigeración, ya que hace no tanto tiempo era necesario que el ‘cerebro’ de estas máquinas trabajase en temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 grados centígrados). Investigaciones recientes han conseguido aumentar progresivamente estas temperaturas mínimas de trabajo.

De momento, estos ordenadores apenas acaban de dar el salto desde los ambientes académicos y de investigación hacia los entornos comerciales. Recientemente, IBM instaló en Alemania su Q System One, el primer modelo de la compañía que sale fuera de las fronteras estadounidenses. Ya se ha abierto la posibilidad de que empresas interesadas en este tipo de tecnología cierren convenios de colaboración para indagar en la aplicación de la computación cuántica en sus sectores.

Estructura del primer ordenador cuántico diseñado por IBM. Fuente: Universidad Nacional Autónoma de México.

¿Para qué se podrá utilizar la computación cuántica de aquí a unos años?

Esta es una respuesta difícil de contestar, ya que seguramente tendrá aplicación en multitud de campos e investigaciones, desde la física y la química hasta la economía o la industria aeroespacial. Para García Ripoll, el mayor valor de esta joven tecnología estará en su capacidad para “ayudarnos a comprender la naturaleza”.

“Las herramientas ‘clásicas’ para estudiar estos sistemas son muy pobres, sólo pueden tratar problemas muy pequeños y poco interesantes. En cambio, el ordenador cuántico tiene una ventaja exponencial en imitar, simular y ayudarnos a predecir las propiedades de muchos sistemas cuánticos. Esta capacidad puede revolucionar nuestro conocimiento de la materia, ayudarnos a avanzar en el estudio cuántico de la química y diseño de nuevos compuestos, o incluso comprender mejor la física de partículas, las teorías cuánticas de campos y muchos otros problemas difíciles”, concluye.


Primera fecha de publicación de este artículo: 02/07/2021

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